毕业设计（论文）基于单片机的函数信号发生器的设计与实现

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1、毕业设计（论文）基于单片机的函数信号发生器的设计与实现系 部：计算机与电子信息工程系专 业：电子信息工程_ 班 别：05电本1班_ 姓 名： _学 号：_ 指导老师(签名)： 日 期： 年 月摘要信号发生器又称为信号源和振荡器，在生产实际中有着广泛的应用。本设计由单片机控制函数信号发生芯,以及外围器件来完成，系统能够产生正弦波、方波、三角波。在设计中利用数/模(D/A)转换芯片MAX531输出模拟电压信号来进行频率的调节,还有占空比的调节,由于MAX038函数信号发生芯片产生的频率是通过选段来实现的,选段范围kHzMHz的范围，芯片通过外部的电容充放电的时间长短来决定频率的范围，经典的选段是通

2、过手动开关来选择，本设计通过单片机接通继电器选择不同的电容值而产生不一样的振荡频率，选定基频以后是对频率的调节。调节MAX038的FADJ端的电压来实现频率的细微调节。关键词： 函数信号发生 单片机 控制Abstractsignal generator have another name is source of signal and oscillator,The signal generator is widely use in the life and produce.This design base on the singal chip (AT89S52) to control sign

3、al generator chip and suburbs device .This system can generator sine ,square ,triangle ,etc waveforms. In this design use the digital/analog device MAX531 output the analog voltage to adjust frequency, and duty.The frequency of the signal generator chip MAX038 be control of capacitance according to

4、the time of electrily .divide kHz MHz .Typic of the choose frequency section use the botton .In this design,use Relay switch to choose .After choose frequency section adjust the MAX038 FADJ pins voltage to accurate frequnency adjust .Key words : signal generator singal chip control目录第一章绪论1.1单片机发展概述6

5、1.2 单片机的性能特点61.3 单片机应用系统的结构及构成方式61.4 信号发生器综述71.5 论文的主要研究内容8第二章系统的总体方案选取2.1系统问题定义102.2 系统可行性研究102.2.1 元器件的选择及其可行性讨论102.3 系统需求分析112.3.1 系统功能要求112.3.2 系统性能要求112.4系统总体结构框图设计11第三章系统的硬件设计3.1 硬件总体设计123.2 系统部件设计133.2.1 电源设计133.2.2 显示器接口设计143.2.3 键盘接口设计163.2.4 数模转换电路的连接173.2.5 电容频段的选择设计183.2.6 函数信号发生芯片18第四章

6、系统软件的设计4.1 软件的总体设计234.2 软件的功能简介与设计24第五章 系统测试报告5.1 测试数据265.2 测试总结26第六章结束语致谢27参考文献28附录29第一章绪论1.1单片机发展概述近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通自动管理和微波炉等专用控制上。近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。1.2 单片机的性能特点单片机具有以下特点：（1）受集成度

7、限制，片内存储容量较小，一般8位单片机的ROM小于4/8K字节，RAM小于256字节，但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64K字节。（2）可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。（3）易扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。（4）控制功能强。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中具有极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。一般说来，单片

8、机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。（5）一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置有用户调试好的应用程序。但近年来也开始出现了在片内固化有BASIC解释程序的单片机。1.3 单片机应用系统的结构及构成方式单片机在各个技术领域的迅猛发展，与单片机所构成的计算机应用系统的特点有关：（1）单片机构成的应用系统有较大的可靠性。（2）系统扩展和系统配置比较典型和规范，容易构成各种规模的应用系统。（3）由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测控功能由软件实现，故具有柔性特点。（4）有优异的性能价格比。对广大的应用型技术人员而言，目前所面临的单片机应用技术是使用单片机和可编程逻

9、辑器件相结合构成的新一代电子应用技术。这是工程应用技术发展的一个新趋势。通常，一个微型计算机系统由微型计算机与外部设备组成，如图1-1所示。而单片机则包含有微处理器（通称CPU），存储器（存放程序指令或数据的ROM、RAM等），输入/输出口（I/O）及其他功能部件如定时/计数器、中断系统等。它们通过地址总线、数据总线和控制总线连接起来,通过输入/输出口线与外部设备及外围芯片相连。CPU中配置有指令系统，计算机系统中配置有驻机监控程序、系统操作软件及用户应用软件。图1-1单片机系统结构1.4 信号发生器综述目前，市场上的信号发生器多种多样，按频带分为以下几种：超高频：频率范围 1MHz 以上，可

10、达几十兆赫兹。高频： 几百千赫兹到几兆赫兹。低频： 频率范围为几十赫兹到几百千赫。超低频：频率范围为零点几赫兹到几百赫兹。超高频信号发生器，产生波形一般用 LC 振荡电路。高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即 RC 振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调。而且价格也比较贵，一般在几百元左右。在实际应用中，超低频波和高频波一般是不用的，一般用中频，即几十赫兹到几十千赫兹。用单片计算机 AT89S52, 加上一片 MAX531, 就可以做成一个简单的信号发生器，其频率受单片机编入的程序运行来控

11、制。我们可以把产生各种波形的芯片，与单片机连接起来，通过运行的程序和输入的数据不同而产生不同的波形。再在MAX531 输出端上的模拟电压输出来精确的控制电压，通过电压的不同值输到MAX038就产生一个频率、占空比均可调的多功能信号发生器的设计。这样的机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中，便于携带。1.5 论文的主要研究内容本设计采用 ATMEL公司的AT89S52及其外围扩展系统，软件方面主要是应用C语言设计程序。系统以 AT89S52 单片机为核心，配置相应的外设及接口电路，用C语言开发，组成一个多功能信号发生系统。该系统的软件可单独运行于 系统板之上，将程序编写入单片机后将自动运行程序，

12、硬件电路设计具有典型性。同时，本系统中任何一部分电路模块均可移植于实用开发系统的设计中，电路设计具有实用性。本设计将完成以下几个方面的工作：（1）选芯片，尽量满足一般工业控制要求、以增强其实用性，同时又要贴近教材，便于实验及教学。（2）原理图设计在保证其正确的前提下，尽量采用典型的电路设计，以适应教学及课程设计参考的需要。（3）印制板设计既要精巧，又要便于摆放及实验。（4）固化于单片机芯片中的软件采用模块设计，层次清楚。（5）掌握电子线路设计软件Protel99的使用。为此，论文包括以下内容：（1）绪论。概述设计目的、介绍单片机概况。为以后几章的介绍奠定基础。（2）系统总体方案设计。本章主要考

13、虑系统性能、功能和器件选择。包括两个主要内容：系统分析和系统总体方案设计。其中系统分析包括问题定义、可行性研究和需求分析。问题定义中对设计的课题进行定义，详述设计环境。可行性分析中分别从经济可行性、元器件具备程度和对可能遇到的问题的可解决性几个方面论证设计是否可行。需求分析对系统功能要求、性能要求和运行环境要求说明。系统总体方案设计包括算法设计、系统总体框图设计以及系统中使用的主要芯片。（3）系统的硬件设计。本章完成系统的硬件总体设计，详细说明了设计思路。（4）系统软件的设计。本章是系统的具体实现。对系统按功能模块进行介绍。（5）系统测试报告。分别对系统的功能测试、调试过程和系统的使用方法进行

14、介绍。第二章系统的方案的选取2.1系统问题定义基于单片机的信号发生系统是一个实际应用系统，可为相关实验及实际应用提供支持。本论文包括硬件系统的详细设计及C语言在基本控制中的应用。此系统具有的功能如下：硬件部分（1）单片机所需的平稳电压，MAX038以及MAX531需要的双极性电源（2）七段数码显示器；（3）14的4位键盘；（4）具有12位精度的D/A转换功能；（5）波形产生以及频率选取。软件部分（8）系统复位初始化；（9）键盘扫描与处理；（10）定时器0中断服务程序；（11）数字显示程序；（12）D/A数模转换程序；（13）波形以及频率选择程序。2.2 系统可行性研究2.2.1 元器件的选择及

15、其可行性讨论根据技术指标及系统设计目的，经研究芯片的选择如下：采用12MHz的晶振器为AT89S52提供时钟信号稳压块选用7905与7805，提供-5V和5V电压；对于AT89S52的P1口用与数据的显示以及键盘处理复合利用；AT89S52支持在线编程，而且里面有8k的ROM有足够的存储空间来存储编好的程序，因此不需要对系统添加外部ROM；采用74LS138与74CH164复合利用进行循环扫描显示；数码显示器采用高亮数码管；12位串行D/A转换器采用MAX531；为减少其他器件对电容的影响,选用继电器来进行电容的选择.通过对系统的分析，显示和键盘利用经典的设计而成，对与D/A器件的使用在实验中

16、已经验证完全能够适应系统的要求，并且在试验中已经将这部分程序编写成功。系统的器件选择是完全可行的。2.3 系统需求分析2.3.1 系统功能要求系统具有D/A转换功能，七段数码显示功能，上电自动复位功能，14键盘输入接口。并且能够实现电子电位器的自动选择输入电流。2.3.2 系统性能要求（1）系统的D/A转换功能具有12位精度；（2）七段数码显示器具有500HZ的动态刷新频率；（3）AT89S52单片机时钟信号为12MHZ；（4）系统具有14位行列扫描键盘；（5）实现频率调节控制；2.4系统总体结构框图设计一个单片机主系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是单片机系统扩展部分设计，它包括接口扩展

17、。接口扩展是指各接口芯片以及其他功能器件的扩展。二是各功能模块的设计，信号控制功能模块、人机对话功能模块根据系统功能要求配置相应的D/A、键盘、显示器等外围设备。主系统设计硬件框图如下：AT89S52显示键盘MAX531MAX531138MAX038OUT2-1系统硬件框图 第三章系统硬件设计3.1 硬件总体设计单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元（如 ROM、I/O、定时/计数器等）容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，在本设计当中AT89S52的存储空间能够满足设计的需要因此不需要进行外部ROM扩展。选择适当的芯片，设计适当的电路。二

18、是系统配，即按照功能要求配置外围设备如显示器、D/A 转换等，要设计合适的电路。系统的扩展和模块设计应遵循下列原则：(1)尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性。(2)系统的扩展与外设配置的水平应充分满足应用系统的功能要求。(3)硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结果与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件响应来的长，而且占用CPU时间。所以，选择软件方案时，要考虑到这些因素。(4)整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配，例如选用的晶振频率较高时，D

19、/A的读取时间有限，就该选择允许存取速度较高的芯片；选择CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中的所有芯片都应该选择低功耗的产品。(5)可靠性及抗干扰性设计是硬件系统设计不可缺少的部分，它包括芯片、器件选择，去耦滤波等。(6)单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，解决的办法是增加驱动能力，增设线驱动器或减少芯片功耗，降低总线负载。(7)系统的扩展及各功能模块的设计在满足系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。(8)在考虑硬件总体结构的同时要注意通用性的问题。根据以上原则，进行硬件设计。3.2 系统部件设计3.2.1 电源设计本机使用两

20、种共地电源：+5V， -5V，硬件设计中采用自带电源方式。因为本机有AT89S52单片机，还有许多逻辑芯片，这些芯片的工作电源电压为+5V，所以电源中必须有+5V 电源。电源部分原理图如图 3-1 所示。图 3-1 电源部分原理图对于图 3-1 的几点说明：1. 在电压变压以后利用C2 C4 来进行滤波使在进入7805/7905，之钱滤掉高次波的影响，使其电压起到平稳作用。在稳压管输出端也设计了电容，其目的一、为了能平稳的输出电压，不使其产生大的波动。二、就是储能的作用，是为了避免设计中用到功率电流大的器件影响。稳压管功耗降低，以免功耗太大而使用散热片。稳压块的功耗按下式计算：W =U = I

21、 (UI-UO)其中：I 是稳压片的通过电流 UI 是稳压片的输入电压 UO 是稳压片的输出电压U 是稳压片上的电压降由上式可以看出：稳压块上的压降U 越大，其功耗越大。如果 7805/7905 直接接到整流桥输出端，则 U1 必会有9V，功耗必然较大。2.AT89S52 的功耗 100mA显示器采用动态显示，每一瞬间只有一个数码管发亮，而数码管电流 50mA。其它芯片总电流 100150mA。所以+5V 电流的总电流可 300mA, 查三端集成稳压器说明书，可以选用 7805,其电流 Im=0.5A，这样电流可以留有一定裕量。3.大滤波电容的选择由于变压器副线圈的额定电压选用 9V，那么瞬时

22、电压峰值为 Um=91.41413V因为大电容耐压值越高，价格越高，所以选用 2200F/16V电容。4.整流桥的选择虽然要求的电源电流 1A，但变压器副线圈电压为脉动电压，电流为脉动电流，其电流瞬时值远远超过 1A，尤其在电源刚接通时，为留有一定裕量，而且不损坏整流桥，选用 1.5A 的。在之前也算出了变压器的副线圈瞬时电压峰值为13V.为了简化电路的复杂性和美观性,本设计中选择的是桥堆进行整流,根据上面的技术参数在设计中选择1.5A/20V的桥堆5.变压器的选择要求电源电压为5V，而稳压块压降2V，所以变压器副线圈电压7V，因此选用 双9V 的电源。又因电源电流500mA，所以选用 9W1

23、8V 变压器(带抽头)。6.电路中 100F 电容的作用电路中在集成三端稳压器输出端与公共端之间，分别接有100F 电容，这是为了更好地改变集成三端稳压片的瞬态响应，防止稳压块自激振荡，保证正常工作。3.2.2 显示器接口设计1.LED器件分类LED发光器件一般常用的有两类：数码管和点阵。常用的数码管一般为8字型数码管，分为A、B、C、D、E、F、G、DP八段，其中DP为小数点。数码管常用的有12根管脚，每一段有一个管脚，另外两根管脚为一个数码管的公共端。从尺寸上分，LED数码管的种类很多，常用的有0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、5.0等。一般小

24、于1.0的为单管芯，1.21.5为双管芯，1.8以上的为3个以上管芯，因而它们的供电电压要求不同，一般每个管芯的压降为2.1V左右。通常，0.8以下采用5V供电，1.02.3采用12V供电，3.0以上的选择更高电压供电。从电路上分，数码管又可分为共阴和共阳两种。2.LED显示的基本原理用单片机驱动的LED数码管有很多方法，按显示方式，可分为静态显示和动态显示，按译码方式，可分为硬件译码和软件译码。（1）LED静态显示方式所谓静态显示方式，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。静态显示时，较小的电流能得到较高的亮度。这是由于显示器的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确

25、定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。当显示器位数很少（仅一、二位）时，采用静态显示方式是合适的。当位数较多时，用静态显示所需的I/O口太多，占用太多的硬件资源。故在位数较多时往往采用动态显示方式。（2）LED显示器动态显示方式在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，可采用动态显示方式。所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）。通常将所有位的段选线相应地并联在一起，由一个（7段LED）8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电

26、流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现较高较稳定的显示。这两种显示方式各有利弊：静态显示虽然数据显示稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。在动态显示方式下，每位显示器的点亮时间是极为短暂的，约1ms左右，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的数据，不会有闪烁感。可以看出，动态显示方案具有一定的实用性，也是目前单片机数码显示中较为常用的一种显示方法。3.

27、LED的驱动和显示在单片机系统中，LED数码管显示是反映系统输出和操作输入的有效器件。数码管具备数字接口，可以很方便地和单片机系统连接；数码管的体积小、重量轻，并且功耗低，是一种理想的显示单片机数据输出的器件。单片机对LED数码管的驱动方法可以分为串行和并行两种，分别适用于不同的使用场合，二者硬件电路和程序的差别也很大。本设计采用动态显示方案。并且加上了74CH164来增强驱动能力,在单片机的硬件资源上也得到了充分的利用.利用了两个引脚,其中一个为数据输入.另一个为时钟输入脚.同时与74LS138组合应用,也就是上面说的利用软件和硬件结合的扫描方式来实现动态扫描.显示部分电路图如图3-1所示：

28、图 3-2显示部分电路图3.2.3 键盘接口设计1.键盘工作原理行列式键盘又称矩阵式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。本设计中要应用4位按键，故采用此方法。行线电平状态将由与此行线相连的列电平决定。列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平如果为高，则行线电平亦为高。这是识别矩阵键盘是否被按下的关键。矩阵键盘中行、列线为多线共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。按键设置在行、列交点上，行、列线分别连接到按键开关，行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有键按下时，各按键将彼此相互发生影响，所以

29、必须将行、列线信号配合起来作适当的处理，才能确定闭合键的位置。2.键盘输入的作用在计算机控制系统中，数据和控制信号的输入主要使用键盘。键盘接口，尤其是键入信号的软件处理方法是影响系统使用和操作性能的重要因素。键盘接口及其软件的任务主要有以下几个方面：（1）检测并判断是否有键按下。（2）按键开关的延时消抖功能。（3）计算并确定按键的键值。（4）根据计算出的键值进行一系列的动作处理和执行。3.键值的确定键盘上的每个键都有一个键值。赋键值的最直接办法是将行、列线按二进制顺序排列，当某一键按下时，键盘扫描程序执行到给该列置0电平，读出各行状态为非全1状态，这时的行列数据组合成键值。在本设计中采用了1*

30、4的键盘处理矩阵是因为单片机有足够的I/O端口在本设计中还未用到.同时也是为了编程的方便而这样设定键盘的。键盘电路的设计如下图：图3-3 键盘电路设计3.2.4 数模转换电路的连接在设计中采用了高精度的D/A芯片MAX531。MAX531是美信公司推出的12位单通道D/A转换器件,内部有内置2.048V基准电压源这一性能是很重要的，把内置基准电压源的输出作为D/A转换器的参考电压，由于所用参考电压非常精密，所以其D/A转换的输出电压的线性度很好，误差极小，这正是MAX531最可取之处。并且根据Bipoff引脚的接法而产生不同的极性选择,比如,单、双极性的选择，本设计采用这块芯片的原因就是他能够

31、产生双极性的电压，而不需要再接外接器件来时间双极性的调节，这样就大大减少了电路的复杂性。在设计中由于MAX531是单通道的，因此需要两片芯片来完成单片机对MAX038的频率端和占空比端来进行调节。接线图如下图： 图3-4 D/A芯片的连接3.2.5 电容频段的选择设计 MAX038通过COSC端对地的电容充放电时间，来决定基频的产生。实践得出，通过继电器对电容的选择可以把电容误差减少到最小。利用上拉式接法，通过一个NPN的三极管来驱动继电器。接线原理如下图： 图3-5电容频段选择电路3.2.6 函数信号发生芯片MAX038是美国美信公司生产的低失真单片信号发生集成电路，内含主震荡器、波形变换电

32、路、波形选择开关、2.5V能隙基准电压源、相位检测器、同步脉冲输出等。（1）MAX038主要电气性能：工作频率范围:0.1Hz20MHz频率扫描范围:375:1输出电阻:0.18非线性失真:小于0.75%温度系数:200ppm/e输出波形:正弦波,三角波,锯齿波,方波,脉冲波,占空比可调输出幅度:Vp-p=2V（2）MAX038内部工作原理MAX038内部框图如图3-6所示该芯片工作电源采用,功耗为400mW内部提供 图3-6 MAX038的内部结构2.5V基准电压,通过外接MAX531来选择产生的电流向振荡发生器的IIN端和FADJ端提供频率粗调电流和频率细调电压;通过MAX531向DADJ

33、端提供脉冲占空比调节电压这三种参数经振荡电流发生器处理后,向振荡器提供充电电流,该电流对外接电容CF充电,形成振荡,产生三角波信号A,B,C信号A送正弦波形成电路,产生正弦波;信号B,C送入比较器1,产生方波此两路波形连同A路输出的三角波同时送入混合器,由A0,A1控制端选择其中的一种波形输出,其逻辑关系如下表所示。 A0、A1与输出波形的逻辑表A0 A1 输出波形X 1 正弦波0 0 方波、脉冲波1 0 三角波、锯齿波另外,信号A送入比较器2,产生同步信号SYNC,供外围电路使用，在本设计中没有用到信号同步SYNC，因此将它悬空。信号B,C送入相位检波器,产生PDO信号和PDI信号,供锁相环

34、电路(PLL)使用值得一提的是,输入数据的改变将改变MAX531输出端的电压值从而改变MAX038DADJ端输入电压的大小,使三角波的对称性发生变化,从而形成锯齿波并调节脉冲波的占空比。由此可见,要使正弦波的失真度最小,必须将完全对称的三角波输入正弦波形成电路。（3）输出频率的数控调整原理MAX038的输出频率主要受振荡电容CF,IIN端电流和FADJ端电压的控制,其中前二者与输出频率的关系是选择一个CF值,对应IIN端电流的变化,将产生一定范围的输出频率。另外,改变FADJ端的电压,可以在IIN控制的基础上,对输出频率实现微调控制为实现输出频率的数控调整,在IIN端和FADJ端分别连接一个数

35、字选择芯片和电压输出的DAC,其工作原理通过MAX531产生电流向IIN端的电流对输出频率实现粗调。第二步,通过DACA在FADJ端产生一个从-2.048V(00H)到+2.048V(FFFH)的电压范围,该范围同样包含32级步进间隔,将IIN端的步进间隔再次细分为32级步进间隔,从而在粗调的基础上实现微调。 输出频率取决于注入引脚 IIN 的电流、COSC 引脚的电容量（对地）以及引脚 FADJ 上的电压。当FADJ=0V 时，输出的基频 F0由下式给出： F0 =IIN/CF （1）其中 IIN为注入到引脚 IIN 的电流范围是（2A750A）；CF为接到 COSC 和地之间的电容（C1C

36、5 在 20p100F）虽然当 IIN的电流在 2750A 范围内的频率控制线性是好的，但最佳的性能在 10400A 之间，因此电阻的选择应在 k 级，则 CR 电容的范围应在20100F 中选取，而且必须用短的引线使电路的分布电容减到最小。在 COSC 引脚以及它的引线的周围有一个接地平面以减小其他杂散信号对这个支路的耦合。电容和电阻可以串联在一起以产生基频F0，其公式为：F0 =VIN/RIN*CF （2）然而VIN为2.5V的基准电压，因此当F0在10Hz15MHz时，RIN*CF 的值在 0.25kF0.167kpF 之间，因为电流最好控制在 10400A，因此电阻的选择应为 k 级，

37、可通过电子电位器选择若干个不同的电阻值，来串联获得所需的基频。根据公式得出理论需要值如下表：列出表1是电阻、电容值、基频，以及变化范围表，如下：电容值电阻基频30%基频170%基频FADJ细分20pF10k12.5MHz3.75MHz21.25MHz4272.420k6.25MHz1.87MHz10.625MHz2137.530k4.16MHz1.248MHz7.072MHz1421.9301pF10k830KHz249KHz1411KHz283.720k415KHz124.5KHz750KHz152.730k280KHz84KHz476KHz95.5502pF10k50KHz15KHz85K

38、Hz17.120k25KHz7.5KHz42.5KHz8.530k17KHz5KHz28KHz5.6104pF10k2.5KHz0.75KHz4.25KHz0.8520k1.25KHz375 Hz2.125KHz0.4730k830Hz250 Hz1.42KHz0.29当数据加（减）1 时其输出频率相应地加（减）一个细分量。FADJ 上的所需的电压引起输出偏离 F0为 Dx（以%表示），则以百分比（%）线性相关地偏离 F0，向 0 的某一方变化时相应地向加或减的方向偏离。FADJ 上的电压所对应的频率由下式给出： FX = F0(1-0.2915VFADJ) （3）相应 MAX531 的输入数

39、据为： D =2048(VADJ / 2.048+1) （4） 式中：Fx为要求输出的频率；F0为当 VFADJ 为 0 时的基频。占空比调整 MAX038 的 DADJ 引脚上的电压可控制波形的占空比 DC（定义为输出波形为正时所占时间的百分数）并且能够改善正弦波的波形，可进行脉冲宽度调制和产生锯齿波。当 VDADJ接地（即 VDADJ=0）时，其占比为 50%，占空比的调整可采用一片 MAX531，输2.048V 范围内的电压，占空比可在 15%85%范围内改变，约每伏改变 15%，当电压超过2.048V 将使频偏移或引起不稳定。为产生一定占空比而加在 DADJ 上的电压为： = (50%

40、-DC)*0.0575 （5） 对双极性输出的 D/A 转换器，基准电源为 2.3时，MAX531 接受数据与占空比的关系式为： D =2048(1+/2.048) （6）其中：为 DADJ 引脚上的电压，DC为占空比。这样可完成激励信号的占空比设置。MAX038的接线原理如下3-8 图3-7 MAX038的接线图在MAX038的双电源供电端，接上了33uF的电容是为了能够稳定的向MAX038提供电压，避免由于电路的波动产生不稳定的电压使MAX038不能正常的工作。同时也串接104的瓷片电容滤除高频对它的影响。第四章系统软件的设计4.1 软件的总体设计 系统的程序框图如图 4-1 所示，在系统

41、运行时，接收用户对波形、频率及占空比的设置，并且对数据进行处理，然后进行初始化。波形选择和占空比设置比较简单，由单片机的P0.6 和 P0.7输出数据到 MAX038的 A0，A1 端选择相应的输出波形，由式（1）得出调整占空比所需的 VFADJ求出相应的数据送MAX531由 D/A转换的电压送 DADJ 端得到相应的占空比。频率调制较为复杂，由于在电容及电阻串联时引入了多路开关，存在一定的误差，并且这样的误差是难以抗拒的，也就是系统本身和器件本身所决定的。图4-1 系统程序框图4.2 软件的功能简介与设计一个完整的系统有硬件，做为基础是无可后非的,但是光有硬件可不能完成任何事情,特别是对于数

42、字电路，因此做为一个完善的系统应该同时有硬件和软件来组成。下面我们就来介绍一下本设计中用到的最关键的一些程序波形选择程序 在本设计中只选择了三种波形，方波、正弦波、和三角波。它们通过对MAX038的A0、A1端的选择来产生的。实现程序如下：switch(boxing)/波形选择程序 case 0: A0=0;A1=0; break; case 1: A0=1;A1=1; break; case 2: A0=1;A1=0; break;default: break;他的选择是通过boxing这个信号来进行选择的，由于在设计中键盘的数量有限不可能每一种波形设置一个按键，因此通过boxing这个信号

43、进行选择。显示程序 使用循环扫描的方式来进行显示，通过3-8译码器来选择相应的led位电亮，在本设计中用的是P1口来进行现实，和键盘的连接，由于显示和键盘的连接都是通过循环扫描的方式来完成的统一将P1口设为0xee，利用mask=_crol_(mask,1)语句来进行循环扫描。P1口的低三位是用于3-8译码的输入端显然，循环扫描不能实现3-8译码器的工作因此通过下面这一个c语言语段来解决P12=i&0x04;P11=i&0x02;P10=i&0x01;D/A转换程序 设计中用到了MAX531双极性的D/A转换芯片，它的工作方式是串行输入的，从MAX531的时序图可知： 图3-24 MAX531

44、时序图当片选=1，VOUT处于高阻状态。当片选=0则允许MAX531 D/A转换。从DIN输入的串行数据共16位，其中高4位是用于级连用的，若存在级连，则高4位便从移位寄存器移出，从VOUT往下一级MAX531输出。除了高4位外，余下的12位数据便是D/A转换的数据。12位数据通过数据总线，从移位寄存器并行传送至DAC寄存器，再传送至12位D/A转换器，作为D/A转换的数据。由于从DIN输入一共16位数据，因此需要16个SCLK时钟才能全部被接收，而每一位的数据都是在SCLK时钟的上升沿从MAX531的DIN串行输入。其程序为：void fda_out_531(int fa)uchar i;

45、uint a; a=fa; fda_cs=0;for(i=0;i16;i+) fda_clk=0;delay(1); if(a&0x8000)fda_in=1; else fda_in=0; fda_clk=1; a5)key_count=0; 第五章系统测试报告5.1 测试数据完成设计以后就是对系统的性能指标的测试，在测试中只对方波的数据进行了总结。首先让我们了解一下本系统的一些键的设置处理，由于按键比较少都是为复合利用的，设置键1#为波形选择、占空比选择还有频率选择和确定总按键。设置键2#在还未确定时对led显示的数码管的位置移动，当1#键到了确定状态之后 是粗调和细条的选择按键。设置键3

46、#为在1#键还未确定的状态下时的led位加键。当1#号键在确认状态时的微调（粗调）加键，4#键为微调（粗调）的减键。设置数测得数误差 1000 Hz998.7 Hz2.30.23%3500Hz3490Hz100.28%5000 Hz 5012Hz120.24% 32000 Hz 32200 Hz2000.625% 205000 Hz 204890 Hz1200.58% 304000 Hz 303300 Hz7000.23% 520000 Hz 519000 Hz10000.20% 705000 Hz 704000 Hz10000.18% 1053000Hz 1046800Hz38000.36%

47、 2050000Hz 2080715Hz307151.49% 4800000Hz 4799800Hz12000.025% 7050000Hz 7057564Hz75640.11% 9200000 Hz 9253400Hz534000.58%5.2 测试总结系统测试总结：经过试验数据的测试，本设计能够产生1kHz10MHz之间的频率，并且产生精度在允许误差范围内。由于温度，器件的稳定性、的影响会存在有频率的漂移。第六章结束语经过几个月的努力，终于完成了毕业设计。毕业设计需从理论设计和工程实践相结合，巩固基础知识与培养创新意识相结合。在设计的过程中，很多东西从不懂而不得不去学去做，到懂得分析并解决

48、问题。我深有感悟，无论做什么都没有想象中那么简单，理论跟实践有时会有很大的不同。PCB的制作完全不是想象中的那么简单，真的到要做的时候，越简单的东西越实用。这就给我一个启发，在今后的生活，工作中绝对不要轻视简单的东西，能把简单做到完美本身也是一种智慧。当真的经历过了一次完完全全的设计制作过程，其实还有什么好怕的呢？致谢梧州学院四年的本科生课程的学习和生活很快就要过去了，在此毕业设计完成之际，谨向曾经关心、帮助、支持和鼓励我的老师、同学、和朋友致以最真诚的谢意!做完了毕业设计，回想起来真是一段难忘的日子，在这段日子里不断的遇到问题，不断的想办法解决。在实践中学习，在学习中实践。毕业设计是四年的学

49、习来一个总结，前三年的理论学习是基础，在毕业设计中用到了基础的知识，有基础的知识还是不够的，在毕业设计的过程中也是一个学习的过程。毕业设计的过程是一个综合训练的过程，其中包括一些基础技能的强化，比如PROTEL的应用，利用手工布线等，还有就是程序的编写，在之前遇到的程序都是部分的，现在毕业设计提供了一个整体程序编写的机会，使编程能力得到不断的提高。毕业设计中不断的收获，不断的成长。感谢学校对我的培养，也感谢我的导师梁老师，对我的支持，在他的建议下我学到了很多东西，感谢黄老师的指点。感谢我同窗舍友的支持与鼓励，在我失败的时候他们不断的鼓励我，给我精神的动力。还有感谢在我毕业设计中给我支持过的人，

50、谢谢。参考文献胡汉才 单片机原理及其接口技术清华大学出版社；康华光 电子技术基础（数、模）；高等教育出版社 ;单片机在电子控制系统中的应用；人民邮电出版社;MAX038 handbook单机应用系统设计实例与分析；付家才 单片机控制工程实践技术化学工业出版社；51系列单片机高级实例开发指南；MAX531handbook黄晓林 基于MAX038的单片机多波调频信号产生的设计电子技术2004年第2期。夏路易 石宗义 电路原理图与电路板设计教程PROTEL 99SE北京希望电子出版社 马忠梅 刘滨 等 单片机C语言windows环境编程宝典北京航天航空大学出版社 附录附录一：系统部分程序MAX038

51、程序#includesbit P06=P06;/A0sbit P07=P07;/A1sbit P24=P24;/20Ksbit P25=P25;/10Ksbit P20=P20;/20sbit P21=P21;/301sbit P22=P22;/502sbit P23=P23;/104void bo(int n)if(n=1)P06=0;P07=0;/方波、脉冲波if(n=2)P06=1;P07=0;/三角波、锯齿波if(n=3)P06=0;P07=1;/正弦波void dianzhu(int n)if(n=4)P24=1;P25=0;/20Kif(n=5)P25=1;P24=0;/10Kvo

52、id dianrong(int n)if(n=6)P20=1;P21=0;P22=0;P23=0;/20if(n=7)P20=0;P21=1;P22=0;P23=0;/301if(n=8)P20=0;P21=0;P22=1;P23=0;/502if(n=9)P20=0;P21=0;P22=0;P23=1;/104MAX531程序#includesbit P00=P00;/DINsbit P01=P01;/CLKsbit P02=P02;/CSsbit P03=P03;/DINsbit P04=P04;/CLKsbit P05=P05;/CSvoid max531a(unsigned int dat)int i;P02=0;for(i=0;i16;i+)if(dat&0x8000) P00=1;else P00=0;dat=1;P01=0; ;P01=1;P02=1;void max531b(unsigned int dat)int i;P05=0;for(i=0;i16;i+)if(dat&0x8000) P03=1;else P03=0;dat=1;P04=0; ;P04=1;P05=1;附录二：系统硬件总电路 31